第八章放射性监测..ppt

现代环境分析与监测第八章放射性污染监测第一节放射性污染第二节放射性污染监测 第一节放射性污染 一 天然放射性的来源 1 宇宙射线及其引生的放射性核素宇宙射线是一种从宇宙间射到地面来的射线 由初级宇宙射线和次级宇宙射线组成 由宇宙射线与大气层 土壤 水中的核素发生反应产生的放射性核素约有20余种 2 天然系列放射性核素天然放射性核素系列有三个 铀系 其母体是238U 锕系 其母体是235U 钍系 其母体是232Th 在每一系列中都含有放射性气体Rn核素 且末端都是稳定的Pb核素 3 自然界中单独存在的核素这类核素约有20种 它们的特点是其有极长的半衰期 其中最长者为209Bi T1 2大于2X1018年 另一个特点是强度极弱 自然环境中天然存在的放射性称为天然放射性本底 它是判断环境是否受到放射性污染的基础 天然放射性本底对人体的照射约80 是外照射 二 人为放射性污染的来源 1 核试验及航天事故人为放射性污染来源于大气层核试验 地下核爆炸及外层空间核动力航具事故等 其核裂变产物包括200多种放射性核素 核爆炸过程中产生的中子与大气 土壤 建筑材料中的核素发生反应 形成的中子活化产物 以及剩余未反应的核素235U 239PO等 2 核工业包括原子能反应堆 原子能电站 核动力舰艇等 它们运行过程中排放的含核裂变产物的三废 特别发生事故时 造成严重的污染事故 如美国三哩岛和前苏联切尔诺贝利核电站事故等 3 工农业 医学 科研等部门的排放废物这些部门使用放射性核素日益广泛 其排放废物也是人为污染源之一 4 放射性矿的开采和利用在稀土金属和其他共生金属矿开采 提炼过程中 其 三废 排放物中含有铀 钍 氡等放射性核素 三 放射性核素在环境中的分布 1 在土壤和岩石中的分布 在岩石土壤中天然放射性核素的含量变动较大 主要决定于岩石层的性质及土壤的类型 2 在水体中的分布海水中的天然放射性核素主要是40K 87Rb和铀系元素 淡水中天然放射性核素的含量与所接触的岩石 水文地质等因素有关 一般地下水所含放射性核素高以地面水 3 在大气中的分布大多数放射性核素均可出现在大气中 但主要是氡的同位素 大气中氡的浓度与气象条件有关 日出前浓度最高 日中较低 二者间可相差十倍以上 4 在室内空气中的分布室内空气中的放射性主要来自建筑材料 装饰装修材料等中的放射性元素 如镭 钍 钾在衰变中产生的放射性物质 氡及其子体 各国已作为室内空气中的主要污染物列入室内空气卫生标准 5 在动植物组织中的分布任何动植物组织中都含有一些天然放射性核素 植物与土壤 水 肥料中的核素有关 动物与饲料 饮水中的核素含量有关 四 放射性污染的危害 1 放射性物质进入人体的途径放射性物质可通过呼吸道 消化道 皮肤或黏膜等途径为人体所摄取 并累积在体内 其中最多的是40K 此外 还可能含有14C 226Ra 210P0等能累积在骨骼之中 人体受环境放射性辐射途径示于图8 1 图7 3 图8 1 2 放射性的危害放射性物质对人类的危害主要是辐射损伤 人体受放射性辐射 会引发人体组织发生有害化学反应 辐射引起的电子激发作用和电离作用使肌体分子不稳定和破坏 导致蛋白质分子键断裂和畸变 破坏对人类新陈代谢有重要意义的酶 因此辐射对人体产生损伤效应 如白血病 恶性肿瘤和遗传损伤效应等 人体吸收剂量达5戈瑞时 第二周会死亡 且死亡率100 此为致死量 当吸收4戈瑞时 四周后有50 死亡 此为半致死量 如吸收0 5戈瑞的剂量 人体血相发生轻度变化 第二节放射性监测 一 放射性检测器 1 放射性物质的计量单位放射性强度 幅照量 吸收剂量和剂量当量的专用单位有 居里 Ci 贝可 Bq 伦琴 R 拉德 rad 雷姆 rem 戈瑞 Gy 希沃特 Sv 等 放射性强度 放射性物质在单位时间内发生的核衰变的数目 常用单位为居里 Ci 和贝可 Bq 1居里 1Ci 是指当每秒钟衰变数为3 7X1010时 该放射性物质的强度 1Bq 2 7x10 11Ci 照射量 伦琴单位为1RY射线或X射线照射1cm3标准状况下 00C和101 325KPa 的空气 能引起空气电离而产生1静电单位的正电荷和1静电单位的负电荷的带电粒子 吸收剂量吸收剂量单位有 戈瑞 Gy 简称戈 拉德 rad 1rad 10 2Gy 剂量当量剂量当量单位有 雷姆 rem 希沃特 Sv 1rem 10 2Sv 2 放射性检测仪器 表8 1 图8 2 图8 3 图8 4 图8 5 二 放射性监测 1 监测对象及内容1 放射性监测对象按监测对象可分为 现场监测 个人剂量监测 环境监测 按主要测定的放射性核素分为 a射线核素 如239Pu 226Ra 224Ra 222Rn等 放射性核素 如3H 90Sr 60Co等 2 放射性监测的内容放射源强度 半衰期 射线种类及能量 环境和人体中放射线物质含量 放射性强度 空间照射量或电离辐射剂量 三 放射性监测方法一 样品采集 1 放射性沉降物的采集沉降物包括干沉降和湿沉降 主要来源于大气层核爆炸 小部分来源于人工放射性微粒 1 放射性干沉降物 可用水盘法 黏纸法 高罐法采集 水盘法 用不锈钢或聚乙烯塑料制圆形水盘采集沉降物 盘内装有适量稀酸 沉降物过少的地区 需加数毫克硝酸锶或氯化锶载体 降水盘置于采样点暴露24h 应始终保持盘底有水 采集的样品经浓缩 灰化等处理后 作总 放射性测量 黏纸法 用涂一层黏性油 松香加蓖麻油等 的滤纸贴在圆形盘底部 涂油面向外 放在采样点24h 然后 将黏纸灰化 进行总 放射性测量 高罐法 用一不锈钢或聚乙烯圆柱形罐暴露于空气中采集沉降物 2 放射性湿沉降湿沉降物是指随雨 雪 降落的沉降物 其采集方法除上述方法外 常用一种能同时对雨水中核素进行浓集的采样器 如图8 6所示 这种采样器由一个漏斗和一根离子交换柱组成 收集核素被离子交换树脂吸附浓缩后 再进行冼脱 收集冼脱液进一步作放射性核素分离 也可以将树脂从柱中取出 烘干 灰化后制成干样品作总 放射性测量 图8 6 3 放射性气溶胶的采集样品采集常用滤料阻留采样法 其原理与大气中颗粒物的采集相同 对于被3H污染的空气中主要存在形态是HTO 氚化水蒸气 除用吸附法外 还常用冷阱法收集空气中的水蒸气作为试样 4 其他类型样品的采集对于水体 土壤 生物样品的采集 制备和保存方法与非放射性样品所用方法基本相同 二 样品予处理 1 衰变法采样后 将样品放置一段时间 让样品中一些短寿命的非欲测核素除去 然后再进行放射性测量 例如 用抽气过滤法采集大气样品后 放置4 5h 使短寿命的氡 钍子体衰变除去 测定大气气溶胶中的总a和 总放射性 2 共沉淀法在环境样品中放射性核素的含量很低 达不到溶度积 需加入毫克数量级与欲分离放射性核素性质相近的非放射性元素载体 则由于两者之间发生同晶共沉淀或吸附共沉淀 载体将放射性核素载带下来 达到分离和富集的目的 例如 用59Co作载体共沉淀60Co 则发生同晶共沉淀 用新沉淀出来的二氧化锰作载体沉淀水样中的钚 则二者间发生吸附共沉淀 3 灰化法对蒸干的水样或固体样品 可在瓷坩锅内于5000C马弗炉中灰化 冷却后称重 再转入测量盘中 铺成薄层检测其放射性 4 电化学法通过电解将放射性核素沉积在阴极上 或以氧化物形式沉积在阳极上 例如 Ag Bi2 Pb2 等可以金属形式沉积在阴极上 Pb2 Co2 可以氧化物的形式沉积在阳极上 如使放射性核素沉积在惰性金属片上 可直接进行放射性测量 5 离子交换法这种分离方法是目前最重要和应用最广泛的放射化学分离法之一 可用于分离几乎所有的无机离子和许多结构复杂的有机化合物 6 溶剂萃取溶剂萃取法是分离微量放射性核素的最常用方法之一 如用三辛胺 硝酸盐体系溶剂萃取239Pu的测定 7 其他予处理方法环境样品中放射性核素的分离 浓集 纯化等予处理方法中 还有其他方法 如有机溶剂溶解法 吸附法 蒸馏法 蒸发法 过滤法等 三 环境中放射性监测 1 水样的总a放射性活度的测定水体中常见的a辐射粒子的核素有 226Ra 222Rn及其衰变产物等 目前公认的水样总放射性安全浓度是0 1贝可 升 Bq L 当大于此值时 应对放射粒子的核素进行鉴定和测量 确定主要的放射性核素 判断水质污染情况 2 水样的总 放射性活度测量水样中的 射线常来自40K 90Sr 129I等核素的衰变 目前公认的安全水平为1Bq L 3 空气中氡的测定空气中的氡 222Rn 是226Ra的衰变产物 为一种惰性气体 它与空气作用时 能使之电离 因而可用电离型探测器测定其浓度 也可用闪烁探测器测定 4 空气中氚 3H 的放射性测定测定空气中的氚 常用硅胶吸附或冷凝的方法 使HTO从空气中以氚水形态分出 再用液体闪烁技术测定 或将气体经过滤除去气溶胶粒子后 用充气式或正比计数管测定 5 各种形态131I的测定大气中的131I呈元素 化合物等各种化学形态和蒸气 气溶胶等不同状态 因此采样方法各不相同 采样器见图8 7 采样器由粒子过滤器 元素碘吸附器 次碘酸吸附器 甲基碘吸附器和碳吸附床组成 图7 9 图7 9 图8 7各种形态碘的取样器 图8 8 对大气中各种形态放射性碘做连续监测时 可将取样器和检测元件装配成一体 如图8 8所示 6 土壤中总a 放射性活度的测定在采样点选定的范围内 沿直线每隔一定距离采集一份样品 共采集4 5份 取10X10cm2 深1cm的表土 用四分法缩分至剩余200 300g土样 5000C灼烧 冷却 研磨 过筛 用相应的探测器分别测量a 放射性活度 7 个人外照射剂量个人剂量计是佩带在身体适当部位 用来测量个人外照射剂量的仪器 常用的这类剂量计有胶片剂量计 袖珍电离室 热释光体和荧光玻璃 表8 2个人剂量计性能 量程项目 射